分子の運命の赤い糸は、確かにそこにあった ― 分子界面に潜む「弱い結びつき」を電子共鳴で可視化

2025-08-28 分子科学研究所

有機分子と無機材料の界面において、共有結合をともなわない「弱い相互作用」(ファンデルワールス相互作用)を、“電子的なつながり”として初めて直接的に捉えました。研究グループは、グラファイト面上に単層吸着させた有機半導体ペンタセン分子と基板との界面において、低エネルギー角度分解光電子分光法(LE‑ARUPS)を用い、電子が共鳴的に干渉する「ファノ共鳴」を精密に検出しました。この共鳴のスペクトル(ファノプロファイル)により、分子と基板の電子状態が干渉している痕跡—すなわち「電子の弱いつながり」を“見える化”することに成功したのです。この成果は従来の平均場的近似によるモデルでは記述困難だった現象の観測を可能にし、量子化学計算の精度評価用ベンチマークや、柔軟電子材料・センサー・量子情報処理技術などの機能性材料設計への応用において、新しい指針となるものです。研究成果は国際学術誌『Physical Review B』に2025年8月1日付でオンライン掲載されました。

分子の運命の赤い糸は、確かにそこにあった ― 分子界面に潜む「弱い結びつき」を電子共鳴で可視化

<関連情報>

ファンデルワールス界面における弱い電子相互作用の指紋解析:グラファイト上のペンタセン単分子層におけるファノ効果の痕跡 Fingerprinting weak electronic interaction at a van der Waals interface: Fano signatures in a pentacene monolayer on graphite

Yuri Hasegawa, Takuma Yamaguchi, Matthias Meissner, Takahiro Ueba, Fabio Bussolotti, Shin-ichiro Ideta, Kiyohisa Tanaka,, Susumu Yanagisawa, and Satoshi Kera
Physical Review B  Published: 1 August, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/2k7h-h8jm

Abstract

We investigated the influence of van der Waals interactions on the electronic structure at the interface between a pentacene monolayer and a graphite surface. Upon cooling below 130 K, the pentacene molecules form a densely packed monolayer characterized by newly developed dispersive bands. These bands, observed using low-energy angle-resolved photoelectron spectroscopy with photon energy varying from 7.2 to 8.5 eV, exhibit constant final-state characteristics that overlap with nondispersive molecular-orbital states. This overlap results in variations in photoemission intensity—both enhancement and suppressions—indicative of Fano resonance. Such resonance arises from the interaction between a discrete molecular state and a continuum state. The Fano profile analysis of spectral fine features reveals the wave-function connection by the broader spread in unoccupied states at the physisorbed interface.

1700応用理学一般
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